阅读说明：本技术 一种用于汽车主动安全测试靶车运载平台的电动制动器 (Electric brake for vehicle active safety test target vehicle carrying platform ) 是由 张琳 李志华 陈虹 于 2020-11-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于汽车主动安全测试靶车运载平台的电动制动器,包括制动器、车轮、轮毂和两个步进电机,制动器包括制动盘、回位弹簧和对称设于制动盘两侧的制动力转换组件,制动力转换组件包括沿远离制动盘方向依次设置的摩擦片、柱塞、弹性件、弹簧座、柱塞缸和凸轮,回位弹簧的两端分别与制动盘两侧的摩擦片固定连接,两个步进电机的输出轴分别与制动盘两侧的凸轮固定连接,车轮的转动轴穿过轮毂与制动盘固定连接,柱塞缸与轮毂固定连接。与现有技术相比,本发明系统简单、结构紧凑,采用双步进电机的冗余和补偿设计提高了本发明的可靠性。(The invention relates to an electric brake for a vehicle active safety test target vehicle carrying platform, which comprises a brake, a wheel hub and two stepping motors, wherein the brake comprises a brake disc, a return spring and braking force conversion assemblies symmetrically arranged on two sides of the brake disc, each braking force conversion assembly comprises a friction plate, a plunger, an elastic part, a spring seat, a plunger cylinder and a cam which are sequentially arranged along the direction far away from the brake disc, two ends of the return spring are respectively and fixedly connected with the friction plates on two sides of the brake disc, output shafts of the two stepping motors are respectively and fixedly connected with the cams on two sides of the brake disc, a rotating shaft of the wheel penetrates through the wheel hub and is fixedly connected with the brake disc. Compared with the prior art, the system is simple and compact in structure, and the reliability of the system is improved by adopting the redundancy and compensation design of the double-step motor.)

一种用于汽车主动安全测试靶车运载平台的电动制动器

技术领域

本发明涉及一种电动制动器，尤其是涉及一种用于汽车主动安全测试靶车运载平台的电动制动器。

背景技术

汽车主动安全测试一般检测被测车辆对交通目标的感知能力、对突发事件的处理能力、车-车及车-路之间协同交互的能力。为保证测试中测试人员、设备的安全，主动安全测试靶车采用泡沫材料或织物等软材料，且具有自主移动、模拟真实道路环境中车辆自由运动的能力。由于在主动安全测试中，靶车运行时可能被测试车辆高速撞击、碾压，必须保证在碰撞、碾压时不对测试车辆造成伤害或发生侧翻，故运载平台一般高度不大于100mm。从测试安全角度看，主动安全测试靶车运载平台需满足超薄结构、高结构强度等要求。

常见的制动系统通常采用电液、机械连杆-拉线等机构，系统部件多，占用空间大，难以满足汽车主动安全测试靶车紧凑性的要求。如中国专利CN110155013B公开的一种集成式液压力与机械力耦合的电动助力制动系统，该系统为实现主动制动、失效备份，集成了电机助力系统和液压助力系统，系统部件繁多，机构尺寸大，控制复杂，也未考虑摩擦片磨损后对制动力如何补偿、摩擦片偏磨损、制动力冗余设计等问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于汽车主动安全测试靶车运载平台的电动制动器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于汽车主动安全测试靶车运载平台的电动制动器，包括制动器、车轮、轮毂和两个步进电机，所述的制动器包括制动盘、回位弹簧和对称设于制动盘两侧的制动力转换组件，所述的制动力转换组件包括沿远离制动盘方向依次设置的摩擦片、柱塞、弹性件、弹簧座、柱塞缸和凸轮，所述的摩擦片的一侧与制动盘抵触，另一侧与柱塞的侧面抵触，所述的柱塞与设于柱塞缸内，所述的柱塞与柱塞缸间形成弹簧腔，所述的弹簧座设于弹簧腔内，所述的弹性件设于弹簧座与柱塞间，所述的柱塞缸的远离制动盘的侧面设有凸轮窗，所述的凸轮通过凸轮窗与弹簧座的侧面抵触，所述的回位弹簧的两端分别与制动盘两侧的摩擦片固定连接，所述的两个步进电机的输出轴分别与制动盘两侧的凸轮固定连接，所述的车轮的转动轴穿过轮毂与制动盘固定连接，所述的柱塞缸与轮毂固定连接。

优选地，所述的摩擦片包括衬片和摩擦片主体，所述的衬片与摩擦片主体固定连接，所述的摩擦片主体的侧面与制动盘抵触，所述的衬片的侧面与柱塞的侧面抵触，所述的回位弹簧的两端分别与制动盘两侧的摩擦片的衬片固定连接。

优选地，所述的弹性件为碟片弹簧。

优选地，所述的弹簧座呈T型，所述的柱塞的中部开设有通孔，所述的弹簧座插设于柱塞内，所述的弹性件设于弹簧座的侧面与柱塞的侧面间。

优选地，所述的弹性件为矩形截面弹簧。

优选地，所述的弹簧座呈倒U型，所述的柱塞呈U型，所述的弹性件设于弹簧座与柱塞间。

优选地，所述的步进电机为行星减速步进电机。

优选地，所述的凸轮为正弦廓线凸轮。

优选地，所述的电动制动器还包括分别与两个步进电机连接的控制器。

优选地，所述的步进电机包括电机驱动器和电机主体，所述的电机驱动器与控制器连接。

优选地，所述控制器为前馈PID制动控制器，控制器与电机驱动器之间通过CAN总线通信，具备多节点拓展能力。当本发明的电动制动器制动时，控制器根据目标速度与实际速度的差值，计算步进电机目标步距；为提高步进电机的响应速度，增加误差微分前馈环节，根据误差的变化率补偿步进电机步距，控制器根据步进电机步距与制动强度的关系，判断摩擦片的磨损程度，并对步进电机的初始位置以及目标步距施加补偿，保证制动力在电动制动器全生命周期内稳定性。当步距达到行程限位仍无法达到设计制动强度时，控制器发出报警信息，提示更换摩擦片，本发明直接驱动步进电机施加制动力，具有系统简单、紧凑的优点，且冗余和补偿设计提高了制动器的可靠性。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明的采用两个步进电机作为电动制动器的动力源，两步进电机总成分别布置在制动盘两端，在紧凑的结构内实现双作用制动器构型，提高制动效能，双作用构型能避免单作用制动器摩擦片偏磨损，延长制动器使用寿命，当其中一个步进电机出现故障时，另一个步进电机仍能提供制动力，冗余设计提高了本发明的安全性能；

(2)本发明的电动制动器的制动力转换组件采用沿远离制动盘方向依次设置的摩擦片、柱塞、弹性件、弹簧座、柱塞缸和凸轮，利用凸轮将步进电机的转动转换为对弹簧座的压力，弹簧座再依次通过弹性件、柱塞对摩擦片施力，实现制动，结构紧凑高效，避免了通过液压、连杆等机构传动链路过长、结构尺寸大、布置困难等问题；

(3)本发明的步进电机分别通过控制器进行控制，能够提高步进电机的响应速度，获取摩擦片的磨损程度并报警提醒，提高制动效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的弹性件为碟片弹簧时制动器的结构示意图；

图4为本发明的弹性件为矩形截面弹簧时制动器的结构示意图；

图5为本发明的摩擦片与制动片的局部结构示意图。

其中，1、步进电机，2、轮毂，3、制动盘，4、制动器，5、凸轮，6、车轮，7、衬片，8、摩擦片主体，9、凸轮窗，4-1、弹簧座，4-2、柱塞缸，4-3、弹性件，4-4、柱塞，4-5、回位弹簧，4-6、摩擦片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。

实施例

一种用于汽车主动安全测试靶车运载平台的电动制动器，如图1、2、3所示，包括制动器4、车轮6、轮毂2和两个步进电机1，制动器4包括制动盘3、回位弹簧4-5和对称设于制动盘3两侧的制动力转换组件，制动力转换组件包括沿远离制动盘3方向依次设置的摩擦片4-6、柱塞4-4、弹性件4-3、弹簧座4-1、柱塞缸4-2和凸轮5，摩擦片4-6的一侧与制动盘3抵触，另一侧与柱塞4-4的侧面抵触，柱塞4-4与设于柱塞缸4-2内，柱塞4-4与柱塞缸4-2间形成弹簧腔，弹簧座4-1设于弹簧腔内，弹性件4-3设于弹簧座4-1与柱塞4-4间，柱塞缸4-2的远离制动盘3的侧面设有凸轮窗9，凸轮5通过凸轮窗9与弹簧座4-1的侧面抵触，回位弹簧4-5的两端分别与制动盘3两侧的摩擦片4-6固定连接，两个步进电机1的输出轴分别与制动盘3两侧的凸轮5固定连接，车轮6的转动轴穿过轮毂2与制动盘3固定连接，柱塞缸4-2与轮毂2固定连接。

具体地，如图5所示，对于摩擦片4-6的结构，摩擦片4-6包括衬片7和摩擦片主体8，衬片7与摩擦片主体8固定连接，摩擦片主体8的侧面与制动盘3抵触，衬片7的侧面与柱塞4-4的侧面抵触，回位弹簧4-5的两端分别与制动盘3两侧的摩擦片4-6的衬片7固定连接。

本发明的一种实施方式中，如图3所示，弹性件4-3为碟片弹簧，对应的，弹簧座4-1呈T型，柱塞4-4的中部开设有通孔，弹簧座4-1插设于柱塞4-4内，弹性件4-3设于弹簧座4-1的侧面与柱塞4-4的侧面间。

本发明的一种实施方式中，如图4所示，弹性件4-3为矩形截面弹簧，对应的，弹簧座4-1呈倒U型，柱塞4-4呈U型，弹性件4-3设于弹簧座4-1与柱塞4-4间。

具体地，本实施例中，步进电机1为行星减速步进电机，凸轮5为正弦廓线凸轮，电动制动器4还包括分别与两个步进电机1连接的控制器，步进电机1包括电机驱动器和电机主体，电机驱动器与控制器连接。

汽车主动安全测试靶车运载平台的实验条件严苛，对主动安全测试靶车运载平台的制动器较高的要求，为综合满足运载平台的结构和性能需求，其制动器需要满足以下系统和结构要求：

1、结构紧凑性，在超薄的运载平台内，需要扁平的结构内满足极限的制动力需求，同时占用尽量少的空间；

2、摩擦片磨损补偿，制动器摩擦片磨损后，制动器的机械及控制系统需根据摩擦片的磨损情况自动补偿制动力，保证制动器的稳定性；

3、冗余设计，在制动系统中某些部件存在故障时，需有冗余系统继续工作，提供安全制动力。

本发明的电动制动器，解决汽车主动安全测试中，靶车运载平台紧凑性、制动可靠性等方面的综合挑战。电动制动器采用行星减速步进电机作为动力源，在凸轮5处将旋转运动转化为直线运动，直接驱动制动器4产生制动力，采用双电机冗余构型，步进电机1独立工作，保证在一个步进电机1故障时仍有制动力输出；步进电机1可精确控制行程，保证作动的协同一致性，本发明制动力传输中间环节少，具有高效、紧凑、可靠等优点。

制动器4通过凸轮5的旋转，推动弹簧座4-1，压缩弹性件4-3，产生弹簧力作用于柱塞4-4，最后作用力传递至摩擦片4-6，所述步进电机1水平并列布置，垂直方向尺寸扁平；两套制动力转换组件分别布置在制动盘3两侧，两个柱塞缸4-2的正压力对称，消除了制动盘3因单侧受力引起的附加弯矩和摩擦片4-6偏磨损。

当弹性件4-3为碟片弹簧时，凸轮5采用正弦凸轮廓线，开始动作时弹簧座4-1运动较快，可迅速建立弹簧正压力。碟片弹簧作为驱动力传递的媒介，在弹簧座4-1推动下产生变形，当凸轮5廓线最高点行程小于碟片弹簧最大行程时，还可避免步进电机1因堵转产生的损坏。碟片弹簧在微小变形下即可产生巨大的弹簧力，故凸轮5的廓线峰值可设计为较小值，这减小了步进电机1端的扭矩需求；且微小的步进距即可产生很大的正压力，减小了制动器4响应时间。步进电机1回位，碟片弹簧释放，回位弹簧4-5推动柱塞4-4回位使制动盘3恢复自由转动。

当弹性件4-3为矩形截面弹簧时，所述制动器4通过凸轮5的旋转，推动弹簧座4-1，压缩矩形截面弹簧，产生弹簧力作用于柱塞4-4，最后作用力传递至摩擦片4-6。在长时间、高强度制动工况时，摩擦片4-6磨损量不可忽视。所述矩形截面弹簧构型与碟片弹簧构型相比，弹簧力基本一致，弹簧行程增大。为取得相同的制动效能，控制器施加磨损补偿控制，增大步进量，保证制动效能稳定。

控制器为前馈PID制动控制器，控制器与电机驱动器之间通过CAN总线通信，具备多节点拓展能力。当本发明的电动制动器制动时，控制器根据目标速度与实际速度的差值，计算步进电机1目标步距；为提高步进电机1的响应速度，增加误差微分前馈环节，根据误差的变化率补偿步进电机1步距，控制器根据步进电机1步距与制动强度的关系，判断摩擦片4-6的磨损程度，并对步进电机1的初始位置以及目标步距施加补偿，保证制动力在电动制动器全生命周期内稳定性。当步距达到行程限位仍无法达到设计制动强度时，控制器发出报警信息，提示更换摩擦片4-6，本发明直接驱动步进电机1施加制动力，具有系统简单、紧凑的优点，且冗余和补偿设计提高了制动器的可靠性。

上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。